EP2026994B1 - Akustisch und thermisch wirkende isolation - Google Patents

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EP2026994B1
EP2026994B1 EP07729757.0A EP07729757A EP2026994B1 EP 2026994 B1 EP2026994 B1 EP 2026994B1 EP 07729757 A EP07729757 A EP 07729757A EP 2026994 B1 EP2026994 B1 EP 2026994B1
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EP
European Patent Office
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layer
range
engine
layers
motor vehicle
Prior art date
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Active
Application number
EP07729757.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2026994A2 (de
Inventor
Volkmar Schulze
Hans-Peter Keller
Volker Kursch
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Adler Pelzer Holding GmbH
Original Assignee
HP Pelzer Holding GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by HP Pelzer Holding GmbH filed Critical HP Pelzer Holding GmbH
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Priority to PL13158206T priority patent/PL2604476T3/pl
Publication of EP2026994A2 publication Critical patent/EP2026994A2/de
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Publication of EP2026994B1 publication Critical patent/EP2026994B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R13/00—Elements for body-finishing, identifying, or decorating; Arrangements or adaptations for advertising purposes
    • B60R13/08—Insulating elements, e.g. for sound insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162—Selection of materials
    • G10K11/168—Plural layers of different materials, e.g. sandwiches

Definitions

  • the invention relates to a multi-layered acoustically and thermally acting insulation with a defined layer structure, for internal combustion engines of motor vehicles.
  • the insulation used is highly filled PUR foams, integral foams, EVA / PE / PP / EPDM heavy foils and TPE / TPO injection molded parts; which in turn are then combined with the absorber materials.
  • the design covers are usually PA injection molded parts and the acoustically effective heat shields are usually sandwich components, which consist of microperforated aluminum foil, rock wool, foam and Einstoffmaschine- or mixed fiber fleece.
  • DE 198 21 532 A is a heat- and sound-insulating panel for the engine compartment of motor vehicles, esp.
  • front wall or tunnel described which consists of double-sided cover fleece with interposed acoustically insulating foam or nonwoven layers. The connection of the layers takes place by adhesive layers. It is described that metal foil is arranged on the motor side for the heat protection partially or over the entire surface.
  • WO 98/46456 A in a soundproof hood, the cavities are formed as ⁇ / 4 resonators; and this is also used to form a heat shield.
  • DE 197 22 037 A is a heat shield with sound insulation described in which between the heat shield and a support layer with the heat and sound source facing sound absorption layer, a defined air gap is present.
  • a sound insulation board installed in the interior of the engine compartment close to the engine and designed to insulate the engine noise is in DE 198 47 441 A described; sound-absorbing material is arranged on the upper side and on the underside thereof.
  • DE 100 34 301 A is a sound-damped housing, consisting of a light metal foam and plastic sandwich structure described; The plastic is hereby preferably an elastomer material.
  • a vibration damping and sound absorbing part consisting of a foam body and a rigid part, is in DE 197 39 778 A described. Here, the foam body is located on the vibrating portion of the vehicle part and the rigid part outside.
  • a sound absorber for motor vehicle engines is described, which consists of a self-supporting component and a sound-absorbing element; and this is positioned with the sound absorbing element to the engine between the engine and radiator.
  • cited prior art is not an acoustically and thermally acting isolation of an internal combustion engine. These soundproofings have no (closed) capsule effect; These are mounted as individual parts (sound-open to each other).
  • well-known material combinations are described in their position relative to each other.
  • thermoplastic substances in EP 1 184 149 A described for soundproof cover.
  • Urethane is used as the foam and styrofoam and styrofoam acrylate copolymer are mentioned as thermoplastic substances.
  • EP 1 029 742 A polyurethane foam for insulation is also described; In particular, surface active agents are used here.
  • the foam is partially, not as a capsule, located in the engine compartment.
  • these designs can no longer be used near the engine because of the temperature conditions in today's engine compartments; Also, the deliberate coupling of acoustic and thermal insulation is not given.
  • a described soundproofing capsule consists of a housing and an inside attached absorption layer.
  • the housing In its material structure, the housing consists of several layers with a high modulus of elasticity; the layers themselves are interconnected by damping layers.
  • the materials mentioned are aluminum sheets for the housing and double-sided adhesive sheets for the damping layers.
  • the absorber layer consists of open-pore foam, fleece or basalt stone wool.
  • the sound absorbing device for an engine compartment cover It. DE 100 25 826 A consists of a plurality of sound absorbing plates, each provided with a central part with sound-reflecting properties and mounted on both side surfaces of the central part sound absorption elements. These panels are mounted side by side near the air openings of the cover.
  • EP 0 921 291 A a drive capsule of a vehicle is described in which individual capsule elements with acoustic insulation are selectively connected by special connecting channels. Through these channels and other guide aids, the supply and circulation of cooling air takes place.
  • a noise-insulated machine housing in which the noise enclosure comprises separate and self-contained chambers, which are formed by integrated into the outer wall, trough-like and closed by lid areas.
  • the lids are connected in a vibration-decoupled manner to the edges of the trough-like regions by adhesive bonding with permanently elastic adhesive, and seal them tightly on all sides.
  • At least Some of the covers are designed as multipart bodies with a sound-absorbing intermediate layer.
  • An arrangement for damping the sound emitted by a motor / pump unit with a soundproof cover for the motor / pump unit is in DE 199 60 224 A described.
  • the cover is designed as Schalldämmhaube, which is placed over the motor / pump unit and this does not touch.
  • a noise capsule is described, which is partially formed with coolant-flowed cavities.
  • This capsule is made of plastic and encloses part of the internal combustion engine.
  • a sound-insulating housing with special cooling water and air circulation is in EP 0 935 058 A described.
  • An insulating capsule with sound absorbing elements is in DE 195 43 495 A described.
  • the absorption material is arranged here with different thickness along the sound path.
  • a sound insulating encapsulated internal combustion engine is in DE 10 2004 017 362 A described.
  • the hood is hereby provided with a sound absorption element; between the hood and the sound absorbing element a pedestrian protection deformation element is arranged.
  • This prior art does not concern a capsule with thermal effect or the deliberate coupling of acoustic and thermal insulation.
  • DE 103 24 257 B3 relates to a generic sound absorber, consisting of two interconnected thermoplastic and / or thermoset bonded textile fiber webs (1,2), wherein the textile fiber fleece (1) facing the acoustic emission source has a layer thickness in the range from 2 to 15 mm, a density in the range from 50 to 500 kg / m 3 , a basis weight in the range from 0.1 to 5 kg / m 2 and a flow resistance in the range from 50 to 1000 kNs / m 4 , the textile fiber fleece facing away from the acoustic emission source (2) has a layer thickness in the range from 10 to 100 mm, a density in the range from 20 to 100 kg / m 3 , a basis weight in the range from 0.5 to 1 kg / m 2 and a flow resistance in the range of 10 to 40 kNs / m 4 with a total thickness of the sound absorber in the range of 12 to 30 mm and a total surface weight of the sound absorber in the range of
  • motor encapsulation In addition to the expected high weight, motor encapsulation generally has the problem that it has a major effect on the acoustic responses within the engine compartment and thus on the sound level in the passenger compartment and outside the vehicle ("pass-by noise").
  • the present invention therefore has the task of providing the lightest possible acoustically and thermally acting insulation, especially for motor vehicle construction, which combines a balanced reduction of engine noise in the passenger compartment and the "pass-by noise" with higher fuel economy and environmental sustainability.
  • the solution of the aforementioned object of the invention comprises in principle a solution namely a body-worn capsule
  • the stated object is achieved by a multi-layered acoustically and thermally acting insulation of an internal combustion engine of a motor vehicle comprising at least two layers (2, 3) with different flow resistances connected to one another over the entire surface a voltage applied to the body panel layer (2), which has a flow resistance (air) in the range of 50 to 150 kNs / m 4 , a layer thickness of 5 to 50 mm and a basis weight of 0.04 to 2.5 kg / m 2 and a layer (3) which adjoins the engine compartment at layer (2) and has a flow resistance (air) in the range from 200 to 600 kNs / m 4 , a layer thickness of 0.5 to 8 mm and a basis weight of 0.2 up to 5 kg / m 2 , wherein the difference of the flow resistances (air) of the layers (3) minus (2) at least 50 to 550 kNs / m 4 , the difference of the layer thicknesses of the layers (2) minus (3) at least 4.5 to 49.5 mm and
  • the close-fitting positioning of the insulation on the engine block in the sense of the invention includes in each case an air gap between the layer (2) and the engine block of at least 1mm, in particular 10 mm, more preferably in the range of 5 mm to 8 mm.
  • Such an air gap is particularly preferred in the sense of the invention, since it serves the mechanical decoupling of structure-borne noise of the engine block.
  • a close fitting insulation according to the invention is preferably mechanically bonded and mounted motor-mounted and forms a thermally and acoustically sealed space.
  • Remote positioning of the insulation in the sense of the second embodiment of the invention means a positioning in the intermediate region between the body surrounding the engine compartment body panel or the outer limits of the engine compartment and a close-fitting positioning within the meaning of the invention.
  • this is understood to mean a positioning that is motor- and / or body-supported and at least 5, preferably at least 10, most preferably at least 20 cm and by a distance from the body panel or the engine compartment enclosing by a distance from the engine block to the motor-side boundary layer of insulation Body panel for motor facing boundary layer of insulation at least 5, preferably at least 10, most preferably at least 20 cm is determined.
  • the insulations according to the invention may comprise further layers, that is to say in the case of the first aspect, that is applied to layer (2), in the case of the second or third Aspect of the layer (3) can connect one or more layers.
  • a cover fleece layer adjoins, which may optionally be provided with a partially or completely perforated metal foil.
  • microperforated films In order to be fluidly open in the material composite, to have a highly absorptive encapsulation, it is preferred to use microperforated films toward the motor and towards the body.
  • micro-perforated aluminum foils in the thickness range of 30 to 300 microns; with additional self-supporting or component-stiffening function in the thickness range from 300 to 700 ⁇ m.
  • the connection to the other layers of the respective material structure is made by an adhesive layer and / or Umbug.
  • the cover fleeces used to the body are preferably designed as a carrier web, smooth or noppaliert; often with a Entdröhnung / damping to the next layer facing the engine provided.
  • the acoustically and thermally active insulations of the invention show surprisingly well-balanced, good acoustic absorption and insulation properties even when the engine block is largely or completely sheathed.
  • the sound pressure level in the passenger compartment as well as on the outside of the vehicle ("pass-by noise") is significantly reduced.
  • engine capsules according to the invention improve the warm-up behavior of the engine significantly by the much slower cooling time, resulting in a much higher temperature level when restarting the engine leads. As a result, the engine reaches its operating temperature in the shortest possible time.
  • Another decisive advantage of the engine capsules according to the invention is the fact that the excellent acoustic and thermal insulation properties can be realized with low component weight.
  • optimum fuel utilization is achieved and pollutant emissions are reduced.
  • Improved fuel efficiency is reflected, among other things, by lower consumption and lower carbon dioxide and carbon monoxide emissions.
  • the fuel consumption reduction can be in the range of 9 to 16% or more, in particular up to 15% when using the motor capsules according to the invention.
  • the engine temperature using the engine capsules according to the invention remains at normal operating temperature, which is controlled by the cooling system. That is, there is no risk of engine overheating even with the engine capsules according to the invention.
  • the material structures described above ensure sufficiently high airborne sound insulation combined with optimized absorption.
  • the layer materials are selected so that the flow resistance of the layer (3) is in the range of 200 to 600 kNs / m 4 and the flow resistance of the layer (2) in the range of 50 to 150 kNs / m 4 . This achieves a significant impedance jump.
  • the layer thickness of the layer (3) in the range of 1.5 to 4.5 mm and the layer thickness of the layer (2) in the range of 10 to 30 mm.
  • the layer (3) consists of thermoplastic or thermoset bonded fiber materials and open-cell foam, the overall structure as light as possible while having at least thermal insulation and high airborne sound absorption and sufficiently high airborne sound insulation.
  • the Verpressgrade be kept as low as possible in the composite layer.
  • the required component rigidities are obtained by full-area, preferably partial carrier layers / fleeces. These in turn can be carried out openly by perforations fluidically.
  • the surface of all three embodiments which is exposed in the assembled state is provided partially or completely with an optionally perforated, in particular microperforated metal foil (4), in particular made of aluminum. This achieves a further improvement of the heat reflection.
  • the microperforation can be performed with different number of holes / hole density per cm 2 over the total area; according to the radiated frequency of the sound source.
  • the hole geometry, the hole spacing and the hole diameter can be matched to the radiated frequency of the sound source.
  • the puncture channel With needle-punched micro perforations, the puncture channel always points inwards in the material composite (to the absorptive layer).
  • the funnel gives the additional effect of a Helmholtz resonator.
  • the layer (3) is designed as a self-supporting layer.
  • the encapsulation according to the invention has, with the engine running, improved the external noise and the internal noise in the passenger compartment during no-load operation, at idle and under load and at high speeds.
  • the acoustically and thermally acting insulation can for example also be designed as an integral part of an acoustically and thermally acting underbody of a motor vehicle and thus contribute to improved sound insulation properties, wherein the aerodynamic effects of the underbody can be improved.

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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist eine mehrschichtige akustisch und thermisch wirkende Isolation mit einem definierten Schichtaufbau, für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen.
  • Im Motorraum von Kraftfahrzeugen sind heute eine Vielzahl von Einzel-Schallisolierungen installiert. Im Wesentlichen spricht man von den Schallisolierungen Motorhaube, Stirnwand, Tunnel sowie dem Unterschild mit Absorber, der Designabdeckung mit Absorber und den akustisch wirksamen Hitzeschilden. Auch zählt man in letzter Zeit die textilen Radhausschalen mit dazu. In ihrer Materialstruktur spricht man bei den Schallisolierungen von reinen Absorbern, Masse-Absorber-Systemen, Feder-Masse-Systemen und Sandwichbauteilen im Allgemeinen. Als Absorber-Materialien finden temperaturbeständige Deckvliese, PUR-Leicht-/-Schnittschaumstoffe, Melaminharzschaumstoff, Flockenverbundschaumstoff und Einstofffaser- bzw. Mischfaservliese, zum Teil in Kombination, Anwendung. Als Dämmung setzt man hochgefüllte PUR-Schaumstoffe, Integralschaumstoffe, EVA/PE/PP/EPDM-Schwerfolien und TPE/TPO-Spritzgießteile ein; die dann wiederum mit den Absorbermaterialien kombiniert werden. Die Designabdeckungen sind meistens PA-Spritzgiessteile und die akustisch wirksamen Hitzeschilde sind in der Regel Sandwichbauteile, die aus mikroperforierter Aluminiumfolie, Steinwolle, Schaumstoff und Einstofffaser- bzw. Mischfaservlies bestehen.
  • In DE 198 21 532 A ist eine Wärme- und schalldämmende Verkleidung für den Motorraum von Kraftfahrzeugen, insbes. für Stirnwand oder Tunnel, beschrieben, die aus beidseitigem Deckvlies mit dazwischenliegenden akustisch isolierenden Schaumstoff- bzw. Vliesschichten besteht. Die Verbindung der Schichten erfolgt dabei durch Klebeschichten. Es wird beschrieben, dass für den Wärmeschutz partiell oder ganzflächig Metallfolie motorseitig angeordnet ist.
  • In DE 199 59 089 A ist beschrieben, dass sich zwischen den Lagen zusätzlich ein Konvektionskanal für ein Gasfluidum befindet; und die Anwendung insbesondere für die Motorhaubenisolation oder Stirnwandauskleidung gesehen wird.
  • In WO 98/46456 A ist beschrieben, dass in einer Schallisolierung Motorhaube die Hohlräume als λ/4-Resonatoren ausgebildet sind; und dies auch zur Bildung eines Hitzeschildes angewandt wird.
  • Eine weitere Resonatorariwendung in der Motorhaube, in Form eines einseitig geschlossenen Rohres, ist in DE 197 55 750 A beschrieben. Eine schallabsorbierende Abdeckung mit Absorber, bestehend aus der Kunststoffschale und zwischen Schaumstoff-Decklagen befindlichen Schaumstoffmaterialien, wird in DE 199 04 986 A beschrieben; und Schalen-Abkopplungen zur Abkopplung von derartigen Designabdeckungen an schwingenden Teilen, wie u.a. dem Verbrennungsmotor, in DE 198 24 905 A . In WO 2004/090307 wird eine Aggregateabdeckung im Motorraum eines Kraftfahrzeuges beschrieben, die aus einem Trägerteil und einem damit einstückig verbundenen Formteil aus schallabsorbierendem Material besteht.
  • In DE 197 22 037 A ist ein Hitzeschild mit Schallisolierung beschrieben, bei dem zwischen Wärmeabschirmblech und einer Trägerschicht mit der Wärme- und Schallquelle zugewandten Schallabsorptionsschicht ein definierter Luftspalt vorhanden ist.
  • Eine Akustikabdeckung, die den Motorraum an dessen Oberseite teilweise oder vollständig abdeckt und in diese Funktions- oder Steuerbauteile des Verbrennungsmotors integriert sind, ist in DE 198 25 739 A beschrieben.
  • Eine zur Dämmung der Motorgeräusche bestimmte, im Inneren des Motorraumes in Motornähe installierte Schallisolierungsplatte ist in DE 198 47 441 A beschrieben; an deren Ober- als auch an deren Unterseite schallschluckendes Material angeordnet ist.
  • In DE 100 34 301 A wird ein schallgedämpftes Gehäuse, bestehend aus einer Leichtmetallschaum- und Kunststoff-Sandwichstruktur beschrieben; der Kunststoff ist hierbei vorzugsweise ein Elastomerwerkstoff. Ein vibrationsdämpfendes und schallabsorbierendes Teil, bestehend aus einem Schaumkörper und einem steifen Teil, wird in DE 197 39 778 A beschrieben. Hierbei befindet sich der Schaumkörper auf dem vibrierenden Bereich des Fahrzeugteils und das steife Teil außerhalb. In der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2004 020 028 U wird ein Schallabsorber für Kraftfahrzeugmotoren beschrieben, der aus einem selbsttragenden Bauteil und einem schallabsorbierenden Element besteht; und dieser mit dem schallabsorbierenden Element zum Motor zwischen Motor und Kühler positioniert ist.
    Bei dem genannten Stand der Technik handelt es sich nicht um eine akustisch und thermisch wirkende Isolation eines Verbrennungsmotors. Diese Schallisolierungen haben keine (geschlossene) Kapselwirkung; diese sind als Einzelteile (zueinander schalloffen) montiert. Zum anderen werden hinreichend bekannte Materialkombinationen in ihrer Lage zueinander beschrieben.
  • In DE 198 18 859 A ist eine Geräuschkapsel für die Abgasanlage beschrieben, die gegenüber einer von unten angreifenden Kraft elastisch nachgiebig ausgebildet und gelagert ist. Auch diese Kapsel hat keine absorptive und thermische Wirkung.
  • Ein Schaumstoff mit integrierten thermoplastischen Substanzen wird in EP 1 184 149 A zur schalldichten Abdeckung beschrieben. Als Schaumstoff wird Urethan und als thermoplastische Substanzen werden Styropor und Styropor-Acrylat Copolymer genannt.
  • Auch in DE 199 35 335 A wird zur Umkapselung (temperaturstabiler) Polyurethanschaum verwendet. Der Schaumstoff wird direkt an den Motor angeschäumt, als selbsttragender Formkörper oder als selbsttragender Verbundkörper appliziert. Siehe hierzu auch Presse-Information BASF P433 6./.10.03 "Thermische Motorkapselung mit PUR-Schaum - ein Weg zu weniger Kraftstoffverbrauch und mehr Verkehrssicherheit" der polymers in the automotive industry, Vol. 1, No. 11+12 / 03, p. 14.
  • In EP 1 029 742 A wird ebenfalls Polyurethanschaumstoff zur Isolation beschrieben; insbesondere finden hierbei oberflächenaktive Mittel Anwendung. Der Schaumstoff ist partiell, nicht als Kapsel, im Motorraum lokalisiert.
    Diese Ausführungen können aber unter dem Gesichtspunkt Wärmemanagement aufgrund der Temperaturverhältnisse in heutigen Motorräumen motornah keine Anwendung mehr finden; auch ist die bewusste Kopplung von akustischer und thermischer Isolation nicht gegeben.
  • Die in DE 199 10 516 A beschriebene Schallschutzkapsel besteht aus einem Gehäuse und einer innenseitig daran angebrachten Absorptionsschicht. In ihrer Materialstruktur besteht das Gehäuse aus mehreren Schichten mit hohem Elastizitätsmodul; die Schichten selbst sind durch Dämpfungsschichten miteinander verbunden. Als Materialien werden für das Gehäuse Aluminiumbleche und für die Dämpfungsschichten doppelseitig wirkende Klebefolien genannt. Die Absorberschicht besteht aus offenporigem Schaumstoff, Vlies oder Basaltsteinwolle.
  • Die Schallabsorptionsvorrichtung für eine Motorraumabdeckung It. DE 100 25 826 A besteht aus mehreren Schallabsorptionsplatten, die jeweils mit einem Mittelteil mit schallreflektierenden Eigenschaften und an beiden Seitenflächen des Mittelteiles angebrachten Schallabsorptionselementen versehen sind. Diese Platten sind nebeneinander in der Nähe der Luftöffnungen der Abdeckung angebracht sind.
  • In EP 0 921 291 A ist eine Antriebskapsel eines Fahrzeuges beschrieben, in der durch spezielle Verbindungskanäle einzelne Kapselelemente mit akustischer Isolation selektiv verbunden sind. Durch diese Kanäle und weitere Führungshilfsmittel erfolgt die Zuführung und Zirkulation von Abkühlluft.
  • In DE 199 14 934 A wird ein geräuschgedämmtes Maschinengehäuse beschrieben, bei dem die Geräuschkapselung voneinander getrennte und in sich geschlossene Kammern umfasst, welche durch in die Außenwand integrierte, wannenartige und durch Deckel verschlossene Bereiche gebildet sind. Die Deckel sind mit den Rändern der wannenartigen Bereiche durch eine Klebung mit dauerelastischem Kleber schwingungsentkoppelt verbunden, und diese allseitig dicht verschließen. Zumindest einige der Deckel sind als mehrteilige Körper mit schalldämmender Zwischenschicht ausgebildet. Eine Anordnung zur Dämpfung des von einem Motor/Pumpen-Aggregat ausgehenden Schalls mit einer schalldämmenden Abdeckung für das Motor/Pumpen-Aggregat ist in DE 199 60 224 A beschrieben. Die Abdeckung ist als Schalldämmhaube ausgebildet, die über das Motor/Pumpen-Aggregat gestülpt ist und dieses nicht berührt.
  • In DE 100 06 618 A ist eine Geräuschkapsel beschrieben, die teilweise aus mit kühlmitteldurchströmten Hohlräumen gebildet ist. Diese Kapsel besteht aus Kunststoff und umschließt zu einem Teil die Brennkraftmaschine. Ein schallisolierendes Gehäuse mit spezieller Kühlwasser- und Luftzirkulation ist in EP 0 935 058 A beschrieben. Eine Dämm-Kapsel mit geräuschabsorbierenden Elementen wird in DE 195 43 495 A beschrieben. Das Absorptionsmaterial ist hierbei mit unterschiedlicher Dicke längs des Schallweges angeordnet. Eine schallisolierend gekapselte Brennkraftmaschine wird in DE 10 2004 017 362 A beschrieben. Die Motorhaube ist hierbei mit einem Schallabsorptionselement versehen; zwischen der Motorhaube und dem Schallabsorptionselement ist ein Fussgängerschutz-Deformationselement angeordnet.
  • Dieser Stand der Technik betrifft keine Kapsel mit thermischer Wirkung oder die bewusste Kopplung von akustischer und thermischer Isolation.
  • Das trifft auch auf den in DE 10 2004 028 593 A beschriebenen Motorraum eines Kraftfahrzeuges zu, bei dem wärmeabschirmende Bauteile in ihrer Lage zueinander sowie den zu schützenden Teilen gegenüber beschrieben werden.
  • DE 103 24 257 B3 betrifft einen gattungsgemäßen Schallabsorber, bestehend aus zwei miteinander verbundenen thermoplastisch und/oder duroplastisch gebundenen Textilfaservliesen (1,2), wobei
    das der Schallemissionsquelle zugewandte Textilfaservlies (1) eine Schichtdicke im Bereich von 2 bis 15 mm, eine Dichte im Bereich von 50 bis 500 kg/m3, ein Flächengewicht im Bereich von 0,1 bis 5 kg/m2 sowie einen Strömungswiderstand im Bereich von 50 bis 1000 kNs/m4, das der Schallemissionsquelle abgewandte Textilfaservlies (2) eine Schichtdicke im Bereich von 10 bis 100 mm, eine Dichte im Bereich von 20 bis 100 kg/m3, ein Flächengewicht im Bereich von 0,5 bis 1 kg/m2 sowie einen Strömungswiderstand im Bereich von 10 bis 40 kNs/m4 mit einer Gesamtdicke des Schallabsorbers im Bereich von 12 bis 30 mm und einem Gesamtflächengewicht des Schallabsorbers im Bereich von 0,5 bis 3 kg/m2 aufweist.
  • Grundsätzlich müssen sämtliche Bauteile in der Automobilindustrie an ihrem Beitrag zu den ständig steigenden Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit im Kraftstoffverbrauch und Umweltverträglichkeit gemessen werden. In Bezug auf isolierende oder dämmende Formteile liegt das Augenmerk diesbezüglich bis heute in erster Linie darauf, eine Gewichtsreduktion und/oder Wiederverwertbarkeit der Formteile oder der Materialien zu erreichen.
  • Es ist bekannt, dass Verbrennungsmotoren in der Kaltlaufphase einem erhöhten Verbrauch und Verschleiß unterliegen. Es ist daher im Stand der Technik durchaus üblich, dass die Kühlung des Motorkühlkreislaufs oder die Entnahme von Motorwärme zu Heizzwecken in der Fahrgastzelle erst nach Erreichen einer bestimmten Temperatur des Motors einsetzt. Eine thermisch isolierende Motoreinkapselung wurde dagegen bislang wegen der hiermit notwendig auftretenden Probleme nicht in Erwägung gezogen.
  • Neben dem erwarteten hohen Gewicht besteht bei Motoreinkapselungen nämlich grundsätzlich das Problem, dass sie große Auswirkungen auf die akustischen Reaktionen innerhalb des Motorraums und somit auf den Schallpegel in der Fahrgastzelle und außerhalb des Fahrzeugs haben ("pass-by noise").
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine möglichst leichte akustisch und thermisch wirkende Isolation insbesondere für den Kraftfahrzeugbau bereitzustellen, die eine ausbalancierte Reduktion des Motorschalls in der Fahrgastzelle als auch des "pass-by noise" mit höherer Wirtschaftlichkeit im Kraftstoffverbrauch und Umweltverträglichkeit verbindet.
  • Die Lösung der vorgenannten Aufgabe der Erfindung umfasst prinzipiell eine Lösung nämlich
    eine karosseriegetragene Kapsel
  • In der Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch eine mehrschichtige akustisch und thermisch wirkende Isolation eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges umfassend wenigstens zwei miteinander vollflächig verbundenen Schichten (2,3) mit unterschiedlichen Strömungswiderständen mit
    einer am Karosserieblech anliegenden Schicht (2), die einen Strömungswiderstand (Luft) im Bereich von 50 bis 150 kNs/m4, eine Schichtdicke von 5 bis 50 mm und ein Flächengewicht von 0,04 bis 2,5 kg/m2 aufweist und
    einer sich an Schicht (2) anschließenden, dem Motorraum zugewandten Schicht (3), die einen Strömungswiderstand (Luft) im Bereich von 200 bis 600 kNs/m4, eine Schichtdicke von 0,5 bis 8 mm und ein Flächengewicht von 0,2 bis 5 kg/m2 aufweist,
    wobei die Differenz der Strömungswiderstände (Luft) der Schichten (3) minus (2) wenigstens 50 bis 550 kNs/m4, die Differenz der Schichtdicken der Schichten (2) minus (3) wenigstens 4,5 bis 49,5 mm und die Differenz der Flächengewichte der Schichten (3) minus (2) wenigstens 0,16 bis 4,96 kg/m2 beträgt. Die am Karosserieblech und gegebenenfalls an der Motorhaube anliegende Motorkapsel weist somit im Gegensatz zu der hautnah am Motorblock anliegenden keinen Luftspalt auf.
  • Die hautnah anliegende Positionierung der Isolation am Motorblock im Sinne der Erfindung schließt dabei in jedem Fall einen Luftspalt zwischen der Schicht (2) und dem Motorblock von wenigsten 1mm, insbesondere 10 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 8 mm ein. Ein solcher Luftspalt ist im Sinne der Erfindung besonders bevorzugt, da er der mechanischen Entkoppelung vom Körperschall des Motorblocks dient. Eine hautnah anliegende erfindungsgemäße Isolation wird bevorzugt mechanisch gebunden und motorgetragen angebracht und bildet einen thermisch und akustisch abgeschlossenen Raum.
  • Hautferne Positionierung der Isolation im Sinne der zweiten Ausführungsform der Erfindung bedeutet eine Positionierung im Zwischenbereich zwischen dem den Motorraum umschließenden Karosserieblech beziehungsweise den äußeren Begrenzungen des Motorraums und einer hautnah anliegenden Positionierung im Sinne der Erfindung. Insbesondere wird hierunter eine Positionierung verstanden, die motor- und/oder karosseriegetragen ist und durch einen Abstand von Motorblock zur motorseitigen Begrenzungsschicht der Isolation mindestens 5, bevorzugt mindestens 10, ganz besonders bevorzugt mindestens 20 cm sowie durch einen Abstand von Karosserieblech beziehungsweise dem den Motorraum umschließenden Karosserieblech zur motorabgewandten Begrenzungsschicht der Isolation mindestens 5, bevorzugt mindestens 10, ganz besonders bevorzugt mindestens 20 cm bestimmt ist.
  • Zusätzlich zu den angegebenen Schichten können die erfindungsgemäßen Isolationen weitere Schichten umfassen, das heißt im Falle des ersten Aspekts, dass sich an Schicht (2), im Falle des zweiten oder dritten Aspekts an die Schicht (3) eine oder mehrere Schichten anschließen können. Bevorzugt schließt sich jeweils eine Deckvlies-Schicht an, die gegebenenfalls mit einer teilweise oder vollständig perforierten Metallfolie versehen sein kann.
  • Allgemein unter dem Gesichtspunkt der Wärmedämmung/- Wärmeisolation haben sich die folgenden Materialaufbauten bewährt:
    • Deckvlies / Glaswolle / Leichtschaum / Glaswolle / Deckvlies;
    • Deckvlies / phenolharz-gebundenes Baumwollfasermischvlies / Leichtschaum / Deckvlies;
    • Deckvlies / phenolharz-gebundenes Baumwollfasermischvlies / Schwerfolie / Deckvlies;
    • Deckvlies / Leichtschaum / Schwerfolie / Deckvlies.
  • Insbesondere für die Anwendung im höheren Temperaturbereich:
    • Mikroperforierte Aluminiumfolie / Leichtschaum / Schwerfolie / Deckvlies;
    • Mikroperforierte Aluminiumfolie / Glaswolle / Leichtschaum / Glaswolle / Deckvlies;
    • Mikroperforierte Aluminiumfolie / Leichtschaum / phenolharz-gebundenes Baumwollfasermischvlies / Deckvlies;
    • Mikroperforierte Aluminiumfolie / Aluminium-Wolle / Deckvlies;
    • Mikroperforierte Aluminiumfolie / Aluminium-Wolle / Aluminiumfolie;
    • Mikroperforierte Aluminiumfolie / Aluminium-Wolle / Leichtschaum / Deckvlies.
  • Um strömungstechnisch im Materialverbund offen zu sein, eine hochabsorptive Kapselung zu haben, werden bevorzugt zum Motor hin und zur Karosserie hin mikroperforierte Folien eingesetzt.
  • Anwendung finden hierbei bevorzugt mikroperforierte Aluminiumfolien im Dickenbereich von 30 bis 300 µm; bei zusätzlich selbsttragender bzw. bauteilversteifender Funktion im Dickenbereich von 300 bis 700 µm. Die Verbindung zu den weiteren Schichten des jeweiligen Materialaufbaues erfolgt durch eine Klebeschicht und/oder Umbug.
  • Die zur Karosserie hin eingesetzten Deckvliese sind bevorzugt als Trägervliese, glatt oder noppaliert, ausgeführt; oft auch mit einer Entdröhnung/Dämpfung zur nächsten zum Motor hin liegenden Schicht versehen.
  • Bei einer noppalierten Ausführung erzielt man bei der karosseriegetragenen Kapsel eine Entkopplung von Karosserieblech und Kapsel; dass unter anderem durch die dadurch mögliche Hinterlüftung einer Korrosion entgegenwirkt.
  • Als Trägervlies, insbesondere zur Gewährleistung der Bauteilsteifigkeit finden auch genadelte Bi- oder Trilaminate Anwendung; zwei- oder dreilagige Sandwichvliesstoffe. Bevorzugt hierbei PET/PP-Vliesstoff oder PET-Naturfaservliesschicht (PP/Kenaf/Hanf/Flachs)-PP/PET.
  • Die erfindungsgemäßen akustisch und thermisch wirksamen Isolationen zeigen auch bei weitgehender oder vollständiger Ummantelung des Motorblocks überraschend ausgewogene, gute akustische Absorptions- und Dämmungseigenschaften. Der Schalldruckpegel in der Fahrgastzelle wie auch an der Fahrzeugaußenseite ("pass-by noise") wird deutlich gesenkt. Daneben verbessern die erfindungsgemäßen Motorkapseln das Warmlaufverhalten des Motors entscheidend durch die wesentlich langsamere Abkühlzeit, was zu einem wesentlich höherem Temperaturniveau beim Wiederanlassen des Motors führt. Dadurch erreicht der Motor in kürzester Zeit seine Betriebstemperatur.
  • Ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Motorkapseln ist die Tatsache, dass sich die hervorragenden akustischen und thermischen Isolationseigenschaften bei geringem Bauteilgewicht realisieren lassen. So wird in der Kombination bei hervorragenden akustischen Eigenschaften eine optimale Kraftstoffausnutzung erzielt und der Schadstoffaustoß verringert. Verbesserte Kraftstoffausnutzung macht sich unter anderem durch geringeren Verbrauch und geringeren Kohlendioxid- beziehungsweise Kohlenmonoxidausstoß bemerkbar. Die Kraftstoffverbrauchsreduktion kann bei Gebrauch der erfindungsgemäßen Motorkapseln im Bereich von 9 bis 16 % oder mehr, insbesondere bis zu 15 % betragen. Im Fahrzyklus bleibt die Motortemperatur unter Verwendung der erfindungsgemäßen Motorkapseln auf üblicher Betriebstemperatur, die vom Kühlsystem geregelt wird. Das heißt, es tritt auch bei der erfindungsgemäßen Motorkapseln keine Gefahr der Motorüberhitzung auf.
  • Aus akustischer Sicht gewährleisten die oben beschriebenen Materialaufbauten (strömungsoffen, Impedanzsprung (Schicht ½)) eine genügend hohe Luftschallisolation bei gleichzeitiger optimierter Absorption.
  • Die Schichtmaterialien werden so ausgewählt, dass der Strömungswiderstand der Schicht (3) im Bereich von 200 bis 600 kNs/m4 und der Strömungswiderstand der Schicht (2) im Bereich von 50 bis 150 kNs/m4 liegt. Damit wird ein deutlicher Impedanzsprung erreicht.
  • Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Isolationen eine gewisse Strömungsoffenheit aufweisen.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Schichtdicke der Schicht (3) im Bereich von 1,5 bis 4,5 mm und die Schichtdicke der Schicht (2) im Bereich von 10 bis 30 mm zu wählen.
  • Besonders bevorzugt liegt das Flächengewicht der Schicht (1 und/oder 3) im Bereich von 0,5 bis 3 kg/m2 und das Flächengewicht der Schicht (2) im Bereich von 0,1 bis 1,5 kg/m2, wobei die Differenz der Flächengewichte der Schicht (3) minus (2) insbesondere wenigstens 0,4 kg/m2 bis 2,9 kg/m2 beträgt.
  • Insbesondere aus wirtschaftlichen und akustischen Gründen ist besonders bevorzugt, wenn die Schicht (3) aus thermoplastisch oder duroplastisch gebundenen Fasermaterialien sowie aus offenzelligem Hartschaum besteht, der Gesamtaufbau jedoch möglichst leicht bei gleichzeitig mindest thermischer Isolation und hoher Luftschallabsorption und genügend hoher Luftschalldämmung aufweist.
  • Ebenso besteht die Schicht (2) ganz besonders bevorzugt aus leichten Materialien wie
    • Leichtschaum (gute akustische Absorption und thermische Isolation),
    • Baumwollfaser (BWF)-Vliesen (gegebenenfalls mit (Glas-/ Gesteins-) Faserverstärkung)
  • Um die wärmedämmenden Eigenschaften zu erhöhen, sind die Verpressgrade im Schichtverbund möglichst gering zu halten. Die erforderlichen Bauteilsteifigkeiten erhält man durch vollflächige, bevorzugt partielle Trägerschichten/-vliese. Diese wiederum können durch Perforationen strömungstechnisch offen ausgeführt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die im Montagezustand freiliegende Oberfläche aller drei Ausführungsformen teilweise oder vollständig mit einer gegebenenfalls perforierten, insbesondere mikroperforierten Metallfolie (4), insbesondere aus Aluminium versehen. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung der Wärmereflexion erzielt.
  • Die Mikroperforation kann mit unterschiedlicher Lochzahl/Lochdichte pro cm2 über die Gesamtfläche ausgeführt werden; entsprechend der abgestrahlten Frequenz der Schallquelle. Man spricht dann von einer frequenzoptimierten Mikroperforation. Auch kann die Lochgeometrie, der Lochabstand und der Lochdurchmesser auf die abgestrahlte Frequenz der Schallquelle abgestimmt werden.
    Bei genadelten Mikroperforationen zeigt der Stichkanal stets im Materialverbund nach innen (zur absorptiven Schicht). Durch den damit gegebenen Trichter erhält man die zusätzliche Wirkung eines Helmholtzresonators.
  • Besonders bevorzugt wird die Schicht (3) als selbsttragende Schicht ausgestaltet.
  • Die erfindungsgemäße Motorkapsel kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Beispielsweise kann sie offen oder halboffen sein und den Motorblock lediglich teilweise einkapseln. Volle akustische und thermische Wirksamkeit wird dagegen erzielt, wenn der Verbrennungsmotor und das Getriebe des Kraftfahrzeuges vollständig eingekapselt sind, d.h. die Motorkapsel umlaufend geschlossen ist.
    • Fig. 1 erläutert das Prinzip der verschiedenen Kapselvarianten.
    • Fig. 2 bis 4 erläutern schematisch den Aufbau der Motorkapsel bei den verschiedenen Reinformen der Kapselvarianten. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in einer Verkapselung verschiedene Teile der Varianten miteinander kombiniert vorliegen können. Fig. 2 zeigt die hautnahe Einkapselung, Fig. 3, die hautferne und Fig. 4 die am Karosserieblech anliegende Einkapselung.
  • Die erfindungsgemäße Einkapselung hat bei laufendem Motor eine Verbesserung des Außengeräusches sowie des Innengeräusches in der Fahrgastzelle bei lastfreiem Betrieb, im Leerlauf sowie unter Last und bei hohen Drehzahlen ergeben.
  • Die akustisch und thermisch wirkende Isolation kann beispielsweise auch als integraler Bestandteil eines akustisch und thermisch wirkenden Unterbodens eines Kraftfahrzeugs ausgelegt sein und somit zu verbesserten Schalldämmungseigenschaften beitragen, wobei auch die aerodynamischen Wirkungen des Unterbodens verbessert werden können.
  • In diesen Unterboden können so beispielsweise (textile) Radlaufschalen oder auch Hitzeschilde integriert sein.

Claims (6)

  1. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer mehrschichtigen akustisch und thermisch wirkende Isolation, umfassend wenigstens zwei miteinander vollflächig verbundenen Schichten (2,3) mit unterschiedlichen Luftströmungswiderständen, die
    eine am Karosserieblech anliegende Schicht (2), die einen Luftströmungswiderstand, eine Schichtdicke von 5 bis 50 mm und ein Flächengewicht von 0,04 bis 2,5 kg/m2 aufweist und die
    einer sich an Schicht (2) anschließenden, dem Motorraum zugewandten Schicht (3), die einen Luftströmungswiderstand im Bereich von 200 bis 600 kNs/m4, eine Schichtdicke von 0,5 bis 8 mm und ein Flächengewicht von 0,2 bis 5 kg/m2 aufweist,
    wobei die Differenz der Luftströmungswiderstände der Schichten (3) minus (2) wenigstens 50 bis 550 kNs/m4, die Differenz der Schichtdicken der Schichten (2) minus (3) wenigstens 4,5 bis 49,5 mm und die Differenz der Flächengewichte der Schichten (3) minus (2) wenigstens 0,16 bis 4,96 kg/m2 beträgt,
    wobei die im Montagezustand freiliegende Oberfläche der Schicht (3) teilweise oder vollständig mit einer Folie (4), insbesondere aus Aluminium versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die am Karosseriebleck anliegende Schicht (2) einen Luftströmungswiderstand im Bereich von 50 bis 150 kNs/m4 aufweist, und dass die Folie (4) mikroperforiert ist.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Schicht (3) im Bereich von 1,5 bis 4,5 mm und die Schichtdicke der Schicht (2) im Bereich von 10 bis 30 mm liegt.
  3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht der Schicht (3) im Bereich von 0,5 bis 3 kg/m2 und das Flächengewicht der Schicht (2) im Bereich von 0,1 bis 1,5 kg/m2 liegt, wobei die Differenz der Flächengewichte der Schicht (3) minus (2) wenigstens 0,4 kg/m2 bis 2,9 kg/m2 beträgt.
  4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (2) oder (3) selbsttragend ist.
  5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) karosserietragend ist.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges vollständig eingekapselt ist.
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